裂缝型储层地震检测方法综述

书书书第２５卷第５期２０１０年１０月（页码：１７８５～１７９４）地　球　物　理　学　进　展ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２５，Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１０杨　晓，王真理，喻岳钰．裂缝型储层地震检测方法综述．地球物理学进展，２０１０，２５（５）：１７８５～１７９４，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０５．０３５．ＹａｎｇＸ，ＷａｎｇＺＬ，ＹｕＹＹ．Ｔｈｅｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｅｉｓｍｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０１０，２５（５）：１７８５～１７９４，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０５．０３５．裂缝型储层地震检测方法综述杨　晓，　王真理，　喻岳钰（中国科学院地质与地球物理研究所油气综合地球物理重点实验室，北京１０００２９）摘　要　裂缝型油气藏在新增储量中占有越来越大的比重．准确预测裂缝发育带是评价裂缝型储层的前提，更是裂缝型油气藏提高勘探效率和开发水平的关键．本文介绍了裂缝型储层的理论介质模型；重点研究了国内外较成熟的裂缝型储层地震检测方法，如纵波振幅、速度、旅行时、和波阻抗检测，横波检测以及多波多分量检测等地震技术．纵波资料对裂缝的敏感度不够，而横波资料勘探难度大，成本高．目前，在进行裂缝型储层检测时，比较普遍使用包含有纵、横波信息的转换波勘探，尤其在海上勘探方面，已经进入商业化应用阶段．然而，地震检测方法也有其自身的缺陷，我们需要综合分析岩芯露头、测井、以及ＶＳＰ资料，才能更有效地预测裂缝型储层．关键词　裂缝型储层，各向异性，地震波，ＨＴＩ介质ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０５．０３５　　　　中图分类号　Ｐ６３１　　　　　文献标识码　Ａ　　　　　犜犺犲狅狏犲狉狏犻犲狑狅犳狊犲犻狊犿犻犮狋犲犮犺狀犻狇狌犲狊犻狀狆狉犲犱犻犮狋犻狅狀狅犳犳狉犪犮狋狌狉犲狉犲狊犲狉狏狅犻狉ＹＡＮＧＸｉａｏ，　ＷＡＮＧＺｈｅｎｌｉ，　ＹＵＹｕｅｙｕ（犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犻狀狋犲犵狉犪狋犻狏犲狉犲狊犲犪狉犮犺犲狊狅狀犵犲狅狆犺狔狊犻犮狊犳狅狉狆犲狋狉狅犾犲狌犿，犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犌犲狅狆犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵，１０００２９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋　Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｐｌａｙｓａｖｉｔａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｅｔｒｏｌｅｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｗｏｒｌｄ．Ｗｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ（ＨＴＩ）ｆｏｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｔｈｅｎｗｅｇｉｖｅａｒｅｖｉｅｗａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｅｉｓｍｉｃｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｆｒａｃｔｕｒｅｓａｖａｉｌａｂｌｅｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｓｕｃｈａｓＰｗａｖｅＡＶＯ、ＡＶＯＺ、ＶＶＡ、ＡＲＭ、ａｎｄＩＰＶＡ，Ｓｗａｖｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ａｎｄＰＳｃｏｎｖｅｒｔｅｄｗａｖｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｓｅｉｓｍｉｃｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｈａｓｓｈｏｗｎｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｏｉｌａｎｄｇａｓｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｎｄｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆｉｎｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ．Ｅｖｅｒｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｉｔｓｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ，ｐｒｏｈｉｂｉｔｉｖｅｅｘｐｅｎｓｅｉｎＳｗａｖｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｐｗａｖｅｔｈａｔｉｓｌａｃｋｏｆｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｍｅｄｉｕｍ．Ｎｏｗ，ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｉｓｍｉｃｐｒｅｖａｉｌｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙＰＳｃｏｎｖｅｒｔｅｄｗａｖｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ｈａｓｂｅｅｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄｏｎｏｆｆｓｈｏｒｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｗｅｃａｎｄｒａｗａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔａｂｅｔｔｅｒｗａｙｔｏａｎｙｐａｒｔｉｃｕｌａｒｆｉｅｌｄｉｓｕｓｉｎｇｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｒｅ、ｏｕｔｃｒｏｐ、ｗｅｌｌｔｅｓｔ、ｉｍａｇｅｌｏｇｓ、３ＤＶＳＰｓ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊　ｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，ｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅ，ＨＴＩｍｅｄｉａ收稿日期　２００９１２１８；　修回日期　２０１００３２８．基金项目　国家重点基础研究发展计划项目（２００５ＣＢ４２２１０４）资助．作者简介　杨晓，女，１９８３年生，浙江人，中国科学院地质与地球物理研究所硕士研究生，现主要从事裂缝型储层方面的研究．（Ｅｍａｉｌ：[e-mail]）０　引　言国内外无论是陆地还是海上，都已经在砂岩、泥质岩、碳酸盐岩，火山岩中发现裂缝型储集层，并获得大量工业油气流．据统计，我国裂缝型油气藏的储量占已探明油气储量的三分之一左右；“九五”期间，我国四分之三的可用油气储量在低渗透致密裂缝型油田中．因此，裂缝型油气藏的勘探对我国未来石油工业的发展有着十分重要的意义．传统方法是借助岩芯露头和井数据来进行裂缝地　球　物　理　学　进　展２５卷　检测．虽然岩芯露头资料能提供直观、可靠的裂缝资料，综合各种测井资料能对裂缝进行准确识别，但岩芯及测井资料控制点有限；而地震数据空间覆盖范围大．因此，以岩芯和井资料为约束，利用地震数据预测裂缝有利区带，是预测裂缝分布的有效方法［１～１６］．国内外学者已经进行了大量的裂缝型储层中的地震波属性的各向异性特征理论研究，并且在实际生产应用中获得成功［１７～２１］．Ｃｒａｍｐｉｎ［２２］，Ｈｕｄｓｏｎ［２３］，张中杰和何樵登［２４］，马在田［２５］等深入研究了地震波速度各向异性特征；范国章和牟永光［２６］等讨论讨论了裂缝各向异性对纵波叠加地震资料的影响；Ｋｒａｓｏｖｅｃ和Ｒｏｄｉ［２７］，阴可［２８］，刘洋［２９］等给出了裂缝型储层中Ｐ波的ＡＶＯ特征；张中杰，滕吉文［３０］通过考察裂缝型储层中应力应变关系，建立了裂缝型储层中考虑非弹性效应的地震波动方程组提出裂缝型储层中地震波的衰减与品质因子存在方位各向异性等．１　裂缝型储层的介质模型裂缝型储层是一种典型的各向异性介质，其理论研究的基础是地下介质的各向异性理论［３１］．在进行裂缝型储层描述时，关键是获得地层中裂缝的密度、走向等属性．因为储层中油气的运移方向、可能储量、开发远景等都同这些参数密切相关．由于上覆地层的压力和构造形成的地层应力，使得地下深层普遍存在着垂直（或近似垂直）的裂缝系统．理论上可以将含竖向平行裂缝的介质简化为具有水平对称轴的横向各向同性介质（ＨＴＩ）模型［３２］．区别于具有垂直对称轴的横向各向同性介质模型（ＶＴＩ），在ＨＴＩ模型中，地震波的传播特征与方位角有关，即入射波与裂缝主方向的夹角不同时，地震波传播特性不同．Ｔｈｏｍｓｅｎ［３３］等学者为了突出这种各向异性模型的方位性特征，又将其称为广泛扩容各向异性（ＥＤＡ）或方位各向异性．由于ＶＴＩ和ＨＴＩ介质模型（如图１所示）都只有一个旋转对称轴，因此，可用５个独立的弹性参数犆１１，犆１３，犆３３，犆４４，犆６６来描述．Ｔｈｏｍｓｅｎ［３３］基于弱各向异性假设的前提，提出的另一种方便的弹性参数的表达方式来描述ＶＴＩ介质．为了在ＨＴＩ介质中使用Ｔｈｏｍｓｅｎ参数，并区别于其在ＶＴＩ介质中定义的意义，Ｔｓｖａｎｋｉｎ和Ｒｕｇｅｒ［３４，３５］将参数加了上标“（Ｖ）”，具体表达式如下：图１　ＨＴＩ介质模型图Ｆｉｇ．１　ＨＴＩＭｏｄｅｌ　　α＝犆３３槡ρ，　β＝犆４４槡ρ，ε（犞）＝犆１１－犆３３２犆３３，　γ（犞）＝犆６６－犆４４２犆４４，δ（犞）＝（犆１３＋犆６６）２－（犆３３－犆６６）２２犆３３（犆３３－犆６６）．其中，参数α和β分别表示沿对称轴方向传播的纵波及横波的速度；ε（犞）表示纵波速度在垂直和水平方向的差异，即纵波各向异性；δ（犞）表示纵波在横向和垂向之间各向异性变化的快慢程度；γ（犞）表示快、慢横波速度的差异程度．弱各向异性条件下，实际ＨＴＩ参数的范围为　０＜γ（犞）１，－１δ（犞）＜１，－１ε（犞）＜０．２　纵波检测方法１９９４年，ＦｒｅｄｅｒｉｃＬｅｆｅｕｖｅｒ在ＳＥＧ第６４届年会上，用法国巴黎盆地实际资料的处理、解释结果回答了用Ｐ波属性预测裂缝型储层的可行性问题．他们认为Ｐ波属性可以用来检测地下定向排列的裂缝；并提出了以Ｐ波为主，Ｓ波为辅的方法，用以确定裂缝位置及其开发潜力．２．１　犘波振幅检测技术用于描述纵波反射振幅的Ｚｏｅｐｐｒｉｔｚ方程有很多的近似公式，各近似形式所突出的重点不同．Ｒｕｇｅｒ［３６］基于弱各向异性的概念，推导了ＨＴＩ介质中纵波反射系数与裂缝参数之间的解析关系．Ｒｕｇｅｒ［３４］研究表明，在ＨＴＩ介质中，Ｐ波的ＡＶＯ梯度在沿平行于裂缝走向和沿垂直于裂缝走向的两个主方向上存在较大差异．这是进行Ｐ波ＡＶ０裂缝检测的理论基础．范国章等［３７］对裂缝各向异性地质模型的地震波方位ＡＶＯ（ＡＯＶＺ）属性特性进行了分析，探讨了其在方位上的变化特征，为利用ＡＶＯＺ预测裂缝发育带奠定了理论基础，并在千米古潜山预测裂缝获得成功．朱培民等［３８］提出用２条６８７１　５期杨　晓，等：裂缝型储层地震检测方法综述正交测线上的Ｐ波ＡＶＯ观测数据反演裂隙密度参数的方法．通过数值模拟，对相同的模型，在不改变反演约束的情况下，不论测线方位或噪声水平的变化，都能比较正确地求出裂隙的密度值．这表明该方法对典型的含气、含水的裂隙型油藏是有效的，并且相对稳定、可靠．Ｇｒａｙ和Ｈｅａｄ［３９］利用纵波ＡＶＯＺ技术对Ｍａｎｄｅｒｓｏｎ油田的裂缝进行了检测．ＡＶＯＺ方法不仅适用于海上油气田勘探或者陆上储层埋深相对较浅的情况，还能适用于埋藏较深（５０００～６０００ｍ）的储层勘探［４０］．在我国，Ｐ波ＡＶＯＺ技术也在川西深层裂缝型气藏裂缝检测中获得成功［４１］．在ＨＴＩ介质中，地震波反射系数的具体表达式如下：　　犚（θ，φ）＝１２Δ犣珚犣＋１２Δα珔α－２珋β珔（）α２Δ犌珚犌＋Δδ（犞）＋２２β珔（）α２Δ［］γｃｏｓ２｛｝φｓｉｎ２θ＋１２Δα珔α＋Δε（犞）ｃｏｓ４φ＋Δδ（犞）ｓｉｎ２φｃｏｓ２（）φｓｉｎ２θｔａｎ２θ，（１）其中，θ为地震波入射角，φ表示相对于轴对称方向旋转的方位角，α，β，ε（犞），δ（犞），γ（犞）是Ｔｈｏｍｓｅｎ各向异性参数，犣＝ρα，犌＝ρβ２，前置符号‘Δ’表示上下两层参数之差，上置符号‘－’表示上下两层参数的平均值．当入射角较小时，ｓｉｎ２θｔａｎ２θ较小，可以忽略掉（１）式中的第３项，可将（１）式改写成犚（θ，φ）＝犘＋犌（φ）ｓｉｎ２θ＝犘＋犌犻狊狅＋犌犪狀犻ｃｏｓ２［］φｓｉｎ２θ，（２）式中犘＝１２Δ犣犣，犌ｉｓｏ＝１２Δα珔α－２珋β珔（）α２Δ犌［］犌，犌ａｎｉ＝１２Δδ（犞）＋２２珋β珔（）α２Δ［］γ，犘表示纵波垂直入射时的反射振幅，犌ｉｓｏ为振幅随偏移距的变化率（各向同性梯度），犌ａｎｉ为振幅随方位角的变化率（各向异性梯度）．只考虑Ｐ波反射系数与入射角关系的方法称为Ｐ波ＡＶＯ技术，研究地震反射振幅随入射角变化而变化的规律以及与地层岩性的关系．ＡＶＯ是八十年代初使用的一种直接检测油气藏的方法．在θ＜３０°的条件下，方程（２）近似表示为：犚（θ）＝犘＋犌ｓｉｎ２θ，（３）其中，截距犘剖面、梯度犌剖面及其它一系列建立在犘、犌属性基础上的派生属性参数犘＋犌剖面、犘犌剖面等，可以在ＡＶＯ处理中，通过角道集拟合任一时间点